電極/電解質一体型固体酸化物型燃料電池薄膜の作製と評価

电极/电解质一体化固体氧化物燃料电池薄膜的制备与评价

• 批准号: 09780447
• 负责人: 内藤 均
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 1998
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09780447/
• 关键词: 固体酸化物燃料電池; 電子-イオン混合伝導体; 薄膜; 傾斜機能化; 燃料極; レーザアブレーション法

酸素イオン伝導体であるイットリア安定化ジルコニアなどの固体電解質は,固体酸化物燃料電池(SOFC)などへの応用が期待されている.SOFCは全て固体で構成されているので,電解質と電極材との整合性が必要で,我々は電極材料として,電解質材料である安定化ジルコニア(YSZ)をベースにした電子-イオン混合伝導体を用いることを考えている.しかしながら電子伝導性を向上させるにはYSZに添加する材料の濃度を高める必要があるので,整合性が悪くなる.そこでYSZに添加する材料の濃度を傾斜し,電極/電解質界面での整合性を良くすることが考えられる.本研究ではYSZに添加する材料としてCeO_2を取り上げ,CeO_2濃度を変化させた組成変調薄膜(FGM膜)をレーザアブレーション法により作製し,単セル試験を行い,電極としての特性を評価した.YSZ単結晶基板を固体電解質とし,組成変調膜および単一組成膜(Ce-YSZ)を燃料極として成膜した.空気極として白金を用い,単セル試験を行った.その結果,発電性能はFGM膜を用いることにより向上することを明らかにした.これは電極内で組成変調させることにより,電解質/電極界面での整合性が向上し,電極過電圧が低下したためと考えられる.単セル試験用セル及び単セル試験装置を用いて,カレントインタラプタ法により電極過電圧の測定を行った結果,FGM膜の方がCe-YSZ単層膜よりも過電圧が低下し,電極としての性能が向上していることが明らかになった.以上の結果より,電極材に組成変調構造を導入することにより,SOFCの電気化学的特性を向上させることが明らかになった.今後,さらに,燃料極として最適な材料の探索や組成変調法を研究し,高性能傾斜機能化SOFCの開発を行うことが必要となる.

Solid electrolyte is a solid state electrolyte for solid acid fuel cell (SOFC) applications.SOFC is composed entirely of solid state materials, and the integration of electrolyte electrode materials is essential. Electrolyte material (YSZ) The electron conductivity is higher, the YSZ concentration is higher, and the integration is higher. The concentration of YSZ added materials is inclined, and the integration of electrode/electrolyte interface is good. In this study, the composition of thin films (FGM films) with different CeO_2 concentrations was studied. The results showed that the properties of the electrodes were evaluated.YSZ single crystal substrates were used as solid electrolytes. In the middle of the night, the sky is full of snow. As a result, the electrical conductivity of the FGM film was improved. The electrolyte/electrode interface is integrated upward, and the electrode overvoltage is low. As a result of the measurement of the overvoltage of the electrode by the Ce-YSZ single-layer film, the overvoltage of the electrode is lower, and the performance of the electrode is better. As a result, the electrode material composition and structure are introduced, and the electrochemical characteristics of SOFC are improved. In the future, it is necessary to explore the optimum materials for fuel electrode and study the composition modulation method for the development of high performance tilt-functionalized SOFC.

项目成果

湯上浩雄,内藤 均: "傾斜機能化CeO_2-YSZ系固体電解質材料の作製と電気特性評価" 日本金属学会誌. 62. 1038-1043 (1998)

Hiroo Yugami、Hitoshi Naito：“功能梯度CeO_2-YSZ固体电解质材料的电性能的制备和评估”日本金属学会学报62. 1038-1043（1998）。

H.Naito et al.: "Oxygen permeability of ZrO_2-TiO_2-Y_2O_3" Proc.of the 3^<rd> International Meeting of Pacific Rim Ceramic Societies. (印刷中).

H.Naito 等人：“ZrO_2-TiO_2-Y_2O_3 的氧渗透性”，第三届环太平洋陶瓷学会国际会议论文集（正在出版）。

H.Yugami,H.Naito: "Ce^<3+> concentration in Ce-doped YSZ studied by electronic Raman Scattering" Proc.of the 3^<rd> International Meeting of Pacific Rim Ceramic Societies. (印刷中).

H.Yugami、H.Naito：“通过电子拉曼散射研究 Ce 掺杂 YSZ 中的 Ce^3+ 浓度”，第三届环太平洋陶瓷学会国际会议论文集（正在出版）。

H. Naito et al.: "Fabrication of zirconia-based functionally graded mixed conducting film by laser ablation mathod" Proc. of 5th Int. Symp. on Solid Oxide Fuel Cells. 1113-1120 (1997)

H. Naito 等人：“通过激光烧蚀法制备氧化锆基功能梯度混合导电薄膜”Proc。